鱼缸供氧量和温度自动控制系统的设计与制作

1、鱼缸供氧量和温度自动控制系统的设计与制作冯飞飞 曹开军 汤美玲（陕西汉中，陕西理工学院物理系，723000）摘要：针对家养观赏鱼对温度的敏感性以及供氧量的需求，设计出以ATS89c52为核心，基于定时器和中断系统的鱼缸供氧量和温度自动控制系统。在温度测量中采用DS18b20为温度传感器，通过按键对温度进行设定，控制温度在设定范围内。而鱼缸供氧周期方式自动供氧。实验表明，该控制系统性能稳定，工作可靠，显示稳定，而且具有价格低廉，节约电能等特点。关键词：单片机，定时器，温度传感器Abstract: For pet fish sensitive to temperature and the dema

2、nd for oxygen. The two effects, the key factor domestic fish together research . Designed to ATS89c52 as the core Based on the timer and interrupt system for the aquarium air-supply and temperature automatic control system. In temperature measurement for temperature sensor DS18b20 adopt. The tempera

3、ture setted by buttons way. For the safety of fish ,the temperature setting the range of 0 32 degrees Celsius. And oxygen supplied by five minutes automatic oxygen. Experiments show that, This control system has stable performance, reliable , display stability, and the price is low, energy-saving.Ke

4、ywords: MCU, timer, Temperature sensor引言经过市场调查和分析，目前市场上出售的鱼缸加热系统都带有自动恒温功能制作相当简单，而且使用不稳定，往往达不到养鱼爱好者预期的效果，使用寿命也较短而且价格昂贵。对于鱼缸供氧基本上没有智能化的供氧泵，都采用即插即用的方式为鱼缸供氧，这就给用用户产生许多不便和问题。一，用户如何知道观赏鱼需要氧而及时给鱼缸供氧，避免鱼缸缺氧给鱼造成伤害。二，什么时候鱼缸含氧量达到最大值拔掉电源线，如果长时间供氧无疑是一种浪费。而且鱼缸的加热装置和供氧装置都是分时独立工作的，占地面积大，极不方便用户管理。众所周知对于娇贵的观赏鱼来说，鱼缸温度

5、和含氧量无疑是影响它们生存的两个至关重要的因素，本设计正是基于让这两个毫不相干的功能集于一体，用一个单片机控制加热棒和供氧泵的工作，用户通过一个简单直观的键面设定观赏鱼所需要的理想温度，以五分钟为间隔向鱼缸不间断的供氧，这样既保证了观赏鱼对氧的需求，还避免了让供氧泵长时间处于供氧的状态，不但节约的电能，也增长了它的使用周期。1 系统功能描述系统分为鱼缸温度控制和鱼缸供氧两部分，鱼缸温度控制部分可以作为独立的模块使用主要完成实时鱼缸水温的测量，显示以及控制功能。供氧部分主要以五分钟为一个间隔不间断的对鱼缸进行供氧，只要给单片机提供电源就能实现此功能，而且不影响温度的控制，两个功能相对是独立的。操

6、作者既可以单独给鱼缸供氧，也可以让供氧与温度控制同时进行，由于采取了新的供氧方式，再确保供氧的前提下也相对节约资本。系统框图如图1所示。通过自制5V直流电源为单片机供电通过指示灯判断，而加热棒和氧气泵直接使用220V供电。温度传感器与单片机相连，通过程序实现温度的实时采集和处理，并显示到数码管上，通过按键实现温度的设定。图1 系统设计框图2 系统硬件设计2.1直流稳压电源稳压电源一般由变压器、整流器、滤波电路和稳压器等部分组成。电路如图2所示。采用9V交流变压器实现对220V交流电源的变压，用四个二极管组成整流桥电路将电路整流成直流电路，输入电容C1=1000uF，C3=0.1uF，用于抑制纹

7、波电压，输出电容C2=100uF用于消振，稳压电路采用5V稳压管LM7805，LM7805集成稳压三极管输出电流可达1A,，输出电压5V，具有过热保护，过流保护，输出晶体管SOL保护等功能。图2 稳压电源电路图2.2温度采集电路温度采集电路采用DS18B20数字温度传感器，DS18B20中DQ脚与单片机P3.7口相连，VCC脚接5V直流电源，GND脚接地，如图3所示。DS18B20是一个单总线的数字温度计，它将温度信号直接转换成串行数字信号供单片机处理，从DS18B20读入或写出只需要一根口线。DS1820单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念。系统对DS1820的各种操作必须按协议进行

8、。操作协议为：初始化DS1820（发复位脉冲）发ROM功能命令发存储器操作命令处理数据。由于单线制只有一根线，因此发送接收口必须是三态的，在系统安装及工作之前，应将主机逐个与DS1820挂接，读出其序列号。其工作过程为：主机Tx发一个脉冲，待“0”电平大于480s后，复位DS1820，待DS1820所发响应脉冲由主机Rx接收后，主机Tx再发读ROM命令代码33H（低位在前），然后发一个脉冲（15s）再并接着读取DS1820序列号的一位。图3 DS18B20和单片机连接电路图2.3温度显示电路图4所示为温度实时显示电路，设计只显示温度的十位和个位，单片机P0口和P2口分别向十位数码管和个位数码管

9、输入，十位显示数码管与P0口相连，个位显示数码管接在单片机的P2口，采用共阴极数码管，公共端都接地，通过对数码管的编码让单片机输出高电平“1”让数码管显示温度。图4温度显示电路图2.4温度设定电路图5为按键设定温度电路，分别起到升温，降温，确定三个作用。由于C51单片机的只有二个外中断源，不能满足本设计要求，所以我们采用一个与非门芯片74LS00扩展外中断，当P3.2口检测到一个低电平即有按键按下时，启动中断。通过加键与减键执行相对的温度设定程序，达到操作者设定要求。当确认键按下后，中断返回。图5 按键电路2.5继电器电路与指示电路因为供氧和加热装置功率比较大，由交流220V市电驱动，单片机不

10、能直接驱动，所以采用继电器控制。由于单片机输出电流很小，不能直接驱动继电器，所以外接NPN型三极管增大输出电流，进而间接驱动加热和供氧设备。三极管基极与单片机相连，集电极接地，发射极与继电器相连。二极管1N4148是线圈断开时的续流二极管，防止涌浪。图6为继电器电路与指示电路，继电器电路控制氧泵和加热棒的工作状态，指示电路指示它们的工作状态，两个电路的连接方式一样。图6继电器电路与指示电路图3 软件设计软件部分包括主程序及中断处理子程序。采用C语言编写，模块化程序设计，可读性强。主程序流程图如图7所示。对单片机供电后给变量c装入初值5摄氏度，温度传感器DS18B20初始化后，实时采集鱼缸温度，

11、单片机处理并显示实时水温。采用外中断方式对温度进行设定，返回显示实际温度，单片机对用户设定值与实际水温比较后并保持恒温。定时供氧采用定时器加中断的方式以五分钟的间隔对鱼缸间断的供氧。图7 主程序流程图图8为中断服务程序，当通过按键进人中断后，首先进行按键的判断。如果是加键按下每按下一次让初始值c的值加一并保留让数码管显示，但是温度的上限不能超过32摄氏度。如果是减键按下每按下一次让c的值减一并保留让数码管显示，温度的最低温度不能低于0摄氏度。设置好所需要的温度后按下确定键进行设定温度与实际温度的比较控制加热棒的工作状态。然后退出中断返回显示实时温度。图8中断处理程序4 系统的调试与测试设计在p

12、roteus中仿真，并使用keil软件加载程序运行仿真，开启电源后，单片机采集实时温度并且温度值显示于数码管上，同时定时器5分钟定时向鱼缸通氧，当按下温度设置键（加键或减键）开始进行调温，当用户调试好温度后，按下确定键，设置完成。单片机开始加温（降温），当温度上升（下降）到用户设置温度值时，停止加温（降温）。此时单片机开始监测温度，当温度低于设定值2度时，又开始加温，这样使水温一直保持在恒定范围内。在实验室环境下，用1升水测试，测试结果如下：设置温度（）显示温度（）水银温度计（）定时时间测定值（秒）无设置15（空气中）15（空气中）30141111304101011300161616.5299

13、201921300252626.5301282728302从测试结果来看，在无设置时，置温度探头与空气中显示室温与水银温度计相符，在设定值小于5摄氏度时电热管不加热，水温值和水银温度计相符。当设定值大于5摄氏度时，开始加热，最后恒温时与设定范围相符，在设定值上下浮动1摄氏度。从打开电源开始计时，定时时间与实际测得的时间误差小于0.5%，满足设计要求。5 结束语该系统结构简单，人性化，稳定性好，从节能考虑，经济实用，适用于家庭热带观赏鱼养殖的辅助使用。从测试结果来看，温度的设定可以满足热带鱼类的生存需要。供氧采用定时自动供氧，避免了不必要的浪费。目前市面上的鱼缸大多是加热和供氧分立的，或者价格时

14、高昂的自动控温设备，不便于家庭鱼缸的推广。本设计有很高的使用前景，价格低廉，使用便捷，具有很高的推广价值。参考文献：1 卢超分布式矿井温度监测系统的设计 煤炭科学技术.2007,12:51-542 童诗白模拟电子技术基础M 高等教育出版社.2009,073 求是科技.单片机典型模块设计实例导航M.人民邮电出版社.2007.074李朝青.单片机原理及接口技术 北京航空航天大学出版社（第三版）.2010,055 罗剑基于80C51单片机超温报警温控器 湖南科技学院学报.2009,047 胡洪波基于单片机控制的水温控制系统设计 邯郸学院学报.2009,097 郭天祥等.新概念51单片机c语言教程M.电子工业出版社，2009.279页378页.附录